水玻璃的化学组成(康宁的含铜抗菌玻璃)

Posted 2023-05-30

篇首语：志高品高，志下品下。本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理，主要介绍了水玻璃的化学组成(康宁的含铜抗菌玻璃)相关的知识，希望对你有一定的参考价值。

水玻璃的化学组成(康宁的含铜抗菌玻璃)

过去10年间，康宁再含铜抗菌玻璃方面的专利布局情况

抗菌性的定量指标

LR=-Log(C a /C 0 )，其中C a 是含Cu纳米颗粒的抗微生物表面的菌落形成单位（CFU）数量，C 0 是不含Cu纳米颗粒的对照玻璃表面的菌落形成单位（CFU）数量。

例如，对数减少等于3表示杀灭了99.9%的细菌或病毒，对数减少等于5
表示杀灭了99.999%的细菌或病毒。

抗菌测试方法JISZ-2801:2000：所述细菌细胞与认为是抗菌的表面紧密接触并在35℃培育24小时。之后对细胞计数并与未处理表面进行比较。

康宁的改进测试方法：培育时间变为37℃下培育6小时。6小时之后，将样品从培育箱取出，整个测试表面用PBS彻底清洗以确保去除了所有的细菌。然后将细胞和PBS清洗液转移到肉汤琼脂平板，培养过夜。在16-24小时之后计数琼脂平板上的细菌菌落。

2012年最早的CN103459338A

典型化学成分（摩尔百分数）

典型热处理：在450℃氢气处理5小时

知识点

铜的生物活性很大程度上归因于它能够以称作“游离”状态的金属铜或者以称作“离子”状态的铜盐或氧化物存在。虽然铜几乎总是与其他元素或矿物结合，但是在某些情况下，铜能够以离子或游离铜的状态存在，这两种状态都是生物活性的，从而给予了铜杀死细菌、病毒和真菌的能力。银效果更好，但贵。Zn也有一定效果，差一些。

2015年公布的技术 CN103443042A（仅在表面形成抗菌层）

方法1

a)在经过离子交换或可以进行离子交换的玻璃（例如康宁玻璃编号2318、3318、0210，它们是市售可得的）上旋涂、喷涂或浸涂CuO纳米颗粒。b)将涂覆了CuO纳米颗粒的玻璃在N 2 中、环境压力（1个大气压）、625-650℃下加热0.5-1小时的时间，将颗粒与表面烧结（附着或结合）在一起。（烧结的温度取决于玻璃组成）。c)在合适的离子交换浴中对经烧结的玻璃进行化学强化。d)在H 2 中、环境压力（1个大气压H 2 ）、较低的温度（例如300℃的温度）下，将CuO纳米颗粒还原成Cu纳米颗粒，持续时间为5分钟至2小时。e)施涂氟硅烷涂层以产生其上具有Cu纳米颗粒的经离子交换的玻璃。

方法2

a)如方法1所述，在潜在的离子交换玻璃（例如康宁玻璃编号2318、3318、0210）上旋涂、喷涂或浸涂CuO纳米颗粒。b)如方法1所述，在N 2 中、环境压力（1个大气压）下加热涂覆了CuO纳米颗粒的玻璃，将颗粒与表面烧结（附着或结合）在一起，温度取决于玻璃。c)在H 2 中还原成Cu纳米颗粒（300℃）。d)通过离子交换强化c)中的玻璃。e)在高压釜中处理，以产生其上具有Cu和Cu 2 O纳米颗粒的经离子交换的玻璃。图1是根据方法2制备的玻璃的X-射线衍射图，Cu纳米颗粒峰用11表示，Cu 2 O纳米颗粒峰用10表示。

方法3

a)如方法1所述，在潜在的离子交换玻璃（例如康宁玻璃编号2318、3318、0210）上旋涂、喷涂或浸涂CuO纳米颗粒。b)在空气或氮气中加热，将颗粒与表面附着并与玻璃反应（>600℃）。c)在H 2 中（450℃）还原成Cu纳米颗粒。d)施涂氟硅烷涂层。

2021年公布的技术 US10918110B2（相分离抗菌玻璃）

玻璃制品具有约1.0摩尔%和约20.0摩尔%之间的铜体积浓度。玻璃制品还具有互连基体相和分布在整个互连基体相中的第二相。第二相的铜浓度小于约0.5摩尔%。铜相分布在互连矩阵内。铜相包括具有大于约0.1微米的最大横截面尺寸的多个铜结构。

参考图2，抗微生物制品10可以包括相分离玻璃。相分离可在暴露于相分离处理（例如热处理等）时发生。在一些实施例中，相分离的玻璃包括由第一相50形成的互连的玻璃基质58，第二相54作为具有第二相54组成的离散的、未连接的玻璃区域分散在互连的基质58中，在各个实施例中，第一相50和第二相54对水、碱性溶液和/或酸性溶液的耐久性或耐腐蚀性可能不同。例如，第一相50可比第二相54更容易溶于水和/或酸性溶液，反之亦然。

制品10的热处理可导致金属相62（见图2）在第一相和第二相50、54中的至少一个内或在它们之间的界面处沉淀。金属相62可以作为第一相和第二相50、54内的至少一种离散结构沉淀，或者可以包括连续或半连续结构。金属相62可以多种形状因素沉淀，包括枝晶、长方体颗粒、球形颗粒、金字塔颗粒和层状结构。

在一些实施方案中，金属相62的形状因子（例如，枝晶与立方结构）可随抗微生物制品10中金属成分（例如，铜）的浓度而变化，约0.1微米至约10微米和约0.5微米至约2微米。在特定实施例中，金属相62的结构可具有约1微米的最长横截面长度。金属相62可以以各种氧化状态沉淀，包括“自由”状态和离子状态。在包含铜作为金属成分的实施例中，铜可以以Cu0和Cu+1状态中的至少一种沉淀。因此，在金属相62沉淀期间或之后，可以不需要配置成降低金属相62的氧化状态的处理，例如氢处理。

实施例化学成分

铜析出情况（网状基体中的白色区域为铜枝晶）

铜析出情况（白色区域为铜析出物）

抗菌效果（ADN-1、ADO-2、ADP-3）

应当注意，

1、与将铜结合到玻璃衬底中的常规公开不同，表中的样品没有被还原（例如，在氢气氛中）以变成抗微生物的。然而，使用相分离玻璃允许沉淀铜相具有Cu0和Cu+1中的至少一种的沉淀氧化态。（这一点是很妙的思路！）

2、从样品中可以看出，抗微生物效力的增加并不是从样品中铜浓度的增加中获得的。因此，通过利用较低的铜浓度（例如，与ADN样品的铜浓度相当，约8摩尔%至约12摩尔%），可以仅在耐久性较差的相（例如，第一相50）中沉淀铜（例如，金属相62），从而使用较少的铜并在将赋予抗微生物制品10抗微生物功效的相中沉淀铜。

本农的看法

这是个非常有价值的玻璃细分领域，康宁坚持了10年以上，至今都没拿出商品，但一直在努力。目前，似乎成分和技术路线已经确定。但是，含铜高的玻璃对耐火材料和贵金属的腐蚀性都大，大规模生产上有困难，因此，2019年出现了CN109562972A的技术来解决制造含铜抗微生物玻璃的方法。本农也是首先看见这个2019年的专利，才留意到含铜抗菌玻璃这一领域的。

国内福建华映旗下的科立视材料科技有限公司有专利布局（如CN112266184B），但似乎该公司经营状况不太理想。其技术方案是通过离子交换在玻璃表层形成含铜抗菌层，与康宁的技术路线明显不同。